Световая тяга без топлива: метаджеты приближают путешествие к Альфе Центавра

Исследователи из отдела машиностроения Техасского университета A&M под руководством Шоуфэна Лана обнаружили новый метод управления объектами с помощью света, который позволяет поднимать и перемещать микронные устройства в трех измерениях без физического контакта. Результаты работы под названием «Оптическое движение и левитация метаджетов» опубликованы в журнале Newton.

Шоуфэн Лан, доцент и директор Лаборатории передовой нанофотоники, вместе со своей командой представил технологию, которая в перспективе может сократить путешествие к ближайшей звездной системе Альфа Центавра с сотен тысяч до примерно двадцати лет. В основе открытия лежат устройства микронного масштаба, получившие название «метаджеты».

Они состоят из метаповерхностей, ультратонких материалов с наноразмерными узорами, которые позволяют управлять поведением света с точностью, превосходящей возможности обычных линз.

Ключевая идея заключается в том, чтобы встроить управление движением непосредственно в материал, а не в форму светового пучка. Как поясняет доктор Лан, этот эффект похож на отскок мячиков для пинг-понга от поверхности: при отражении света он передает объекту импульс, создавая небольшую, но измеримую силу.

Главным достижением стало то, что метаджеты демонстрируют полную трехмерную маневренность, чего ранее не удавалось достичь в оптических двигательных системах. По словам самого исследователя, «насколько известно команде, это первая демонстрация трехмерного маневрирования с использованием такого подхода».

Сила, генерируемая при этом, зависит не от размера устройства, а от мощности света, что теоретически позволяет масштабировать технологию от микроскопических систем до крупных объектов, включая космические аппараты. Хотя текущие прототипы имеют размер всего в несколько десятков микрон (тоньше человеческого волоса), физические принципы остаются неизменными.

Для создания метаповерхностей потребовалась наноразмерная точность в лаборатории нанофабрики AggieFab. Эксперименты проводились в жидкой среде, чтобы компенсировать силу тяжести и лучше наблюдать за движением. В настоящее время команда ученых занимается привлечением внешнего финансирования для расширения исследований в условиях микрогравитации, где можно будет изучать световое движение без ограничений, накладываемых гравитацией.

Разработанный подход открывает путь к созданию двигательных установок, не требующих топлива и физического контакта, с потенциалом масштабирования от наноустройств до межзвездных зондов, что в обозримом будущем может сделать 20-летнее путешествие к Альфа Центавра реальностью.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях