Naukowcy z Kalifornijskiego Instytutu Technologii (Caltech) opracowali sposób podnoszenia i przyspieszania obiektów za pomocą samego światła, tworząc specjalne nanoskalowe wzory na ich powierzchniach.
Pomimo tego, że praca jest nadal czysto teoretyczna, jest to krok w kierunku opracowania statku kosmicznego, który może dotrzeć do najbliższej planety poza Układem Słonecznym w ciągu zaledwie 20 lat, używając jedynie światła jako paliwa. Artykuł opisujący badanie został opublikowany w czasopiśmie Nature Photonics.
Dziesiątki lat temu rozwój tak zwanych pęset optycznych umożliwił naukowcom poruszanie i manipulowanie małymi obiektami, takimi jak nanocząsteczki, przy użyciu ciśnienia światła pochodzącego z precyzyjnie dostrojonej wiązki światła laserowego. Ta praca doprowadziła Arthura Ashkina do Nagrody Nobla w 2018 roku w dziedzinie fizyki. Jednak pęseta optyczna może manipulować tylko bardzo małymi przedmiotami i na bardzo krótkie odległości.
„Piłkę ping-pongową można podnosić przy pomocy stałego strumienia powietrza z suszarki do włosów” - wyjaśnia główny autor Ognjen Ilic. „Ale to by nie zadziałało, gdyby piłeczka pingpongowa była za duża lub gdyby była zbyt daleko od suszarki do włosów i tak dalej”.
Inżynieria anizotropii optycznej do samostabilizujących się manipulacji / laboratorium Atwater.
Według najnowszych badań wiązka światła może manipulować obiektami o różnych kształtach i rozmiarach, od mikrometrów po metry. Kluczem do sukcesu jest tworzenie specjalnych nanoskalowych wzorów na powierzchni przedmiotu. Struktury te oddziałują ze światłem w taki sposób, że obiekt może ustawić się w jednej linii po wystawieniu na nie, tworząc moment regeneracyjny, aby pozostać w wiązce światła. Obiekt nie będzie już potrzebował precyzyjnie zogniskowanych wiązek laserowych, ponieważ wzory na jego powierzchni są zaprojektowane tak, aby „szyfrować” stabilność. Ponadto źródło światła może znajdować się miliony kilometrów od obiektu.
„Opracowaliśmy metodę, która może podnosić makroskopijne obiekty” - mówi Harry Atwater. „Technikę tę można wykorzystać bardzo ciekawie - jako sposób na przyspieszenie nowej generacji statków kosmicznych. Wciąż daleko nam do osiągnięcia tego celu, ale jesteśmy w trakcie testowania tych zasad”.
Teoretycznie taki statek kosmiczny mógłby zostać pokryty niezbędnymi strukturami w nanoskali, a następnie przyspieszony przy użyciu naziemnego światła laserowego. Bez paliwa na pokładzie będzie w stanie osiągnąć bardzo wysokie, wręcz relatywistyczne prędkości, a być może nawet inne gwiazdy.
Film promocyjny:
Według Atwatera technologia ta może być wykorzystana na Ziemi do szybkiego wytwarzania znacznie mniejszych obiektów, takich jak płytki obwodów drukowanych.
Vladimir Guillen
