Elektrické výboje vysokého napätia v otvorenom priestore sú prirodzene chaotické.
Keď blesk alebo iskra preletia atmosférou, vytvárajú nepredvídateľné vetvenia, ktoré nasledujú náhodné zmeny hustoty vzduchu a elektrického náboja. Tento jav, známy ako elektrický oblúk, bol doteraz prakticky neovládateľný. Medzinárodný tím vedcov z univerzít v Navarre, Helsinkách a Waterloo však v prestížnom časopise Science Advances publikoval objav, ktorý toto vnímanie mení.
Pomocou dynamických ultrazvukových polí dokázali výskumníci skrotiť chaotickú plazmu a prinútiť ju nasledovať presne určenú trajektóriu s milimetrovou presnosťou. Fyzikálna podstata tohto objavu je prekvapivo elegantná a nespočíva v priamom mechanickom odtláčaní elektrónov zvukovými vlnami. Vedci využili skutočnosť, že elektrický prúd si vždy hľadá cestu najmenšieho odporu.
Keď vznikne elektrická iskra, okamžite ohreje okolitý vzduch na teplotu približne 70 stupňov Celzia. Horúci vzduch expanduje, čím sa znižuje jeho hustota, a práve v tomto prostredí s nízkou hustotou dochádza k ľahšiemu prierazu napätia. Výskumníci použili vysokofrekvenčné zvukové vlny na vytvorenie akustickej radiačnej sily, ktorá dokáže tento horúci a riedky vzduch zachytiť a premiestniť do takzvaných antinód, čo sú oblasti s vysokou akustickou amplitúdou.
V praxi tak ultrazvuk vytvára v atmosfére neviditeľný tunel s nízkym odporom, ktorým plazma poslušne preteká. Počas experimentov vedci umiestnili Teslovu cievku do stredu sústavy dvoch prstencov tvorených 360-stupňovými ultrazvukovými žiaričmi. Pôvodne rozvetvený a nestabilný výboj sa po zapnutí akustického poľa okamžite sformoval do jedinej koncentrovanej línie.
Elektronickým riadením fázy a intenzity jednotlivých žiaričov bolo možné toto ohnisko posúvať, pričom iskra reagovala s mimoriadne rýchlou odozvou v rozmedzí 15 až 35 milisekúnd. Tento systém dokonca umožnil ohýbať elektrický výboj okolo pevných prekážok, aby zasiahol presne určený cieľ. Doteraz jediným spoľahlivým spôsobom, ako viesť plazmu vzduchom, bolo použitie výkonných laserov v systémoch známych ako elektrolasery.
Tie však vyžadujú mimoriadne drahé a objemné vybavenie, nehovoriac o rizikách poškodenia zraku alebo materiálov. Ultrazvukové riešenie je v porovnaní s nimi kompaktné, lacné a bezpečnejšie pre ľudskú pokožku aj oči. Navyše nevyžaduje extrémnu mikrosekundovú synchronizáciu medzi energetickým pulzom a vodiacim lúčom, pretože akustické pole môže pracovať nepretržite a stabilizovať výboj v reálnom čase.
Možnosti aplikácie tejto technológie sú rozsiahle a siahajú od priemyslu až po medicínu. Presné riadenie plazmy umožňuje bezkontaktné prepínanie vysokonapäťových obvodov bez potreby fyzických relé, čo by mohlo viesť k vzniku neviditeľných bezdrôtových obvodov. V biologickom výskume by sa takto vedená plazma dala využiť na precíznu elimináciu kolónií baktérií v Petriho miskách.
Jedným z najzaujímavejších smerov je však oblasť haptickej spätnej väzby. Keďže ultrazvuk dokáže nasmerovať aj veľmi slabé výboje priamo na ľudskú pokožku, vedci uvažujú o vytvorení prvého bezkontaktného Braillovho písma, ktoré by nevidiaci používatelia cítili priamo vo vzduchu. Aktuálna technológia má však aj svoje limity. Metóda momentálne funguje výhradne pri striedavom prúde (AC).
Pri pokusoch s jednosmerným prúdom (DC) dochádza k vzniku takzvaného iónového vetra medzi elektródami, ktorý je natoľko silný, že narúša akustické pole a znemožňuje stabilné vedenie plazmy. Napriek tomu výsledky pri striedavom prúde otvárajú dvere do sveta, kde elektrina prestáva byť chaotickým živlom a stáva sa nástrojom s chirurgickou presnosťou ovládaným zvukom.
