Головна / Технології / Вчені навчилися піднімати великомасштабні об’єкти за допомогою світла

Вчені навчилися піднімати великомасштабні об’єкти за допомогою світла

Дослідники з Каліфорнійського технологічного інституту (Калтех) розробили спосіб для підняття і прискорення об’єктів за допомогою одного тільки світла, створюючи на їх поверхні особливі наномасштабні патерни.

Незважаючи на те що робота поки носить виключно теоретичний характер, це крок до розробки космічного апарату, який зможе досягти найближчої планети за межами Сонячної системи всього за 20 років, використовуючи в якості палива лише світло. Стаття, що описує дослідження, опублікована в журналі Nature Photonics.

Кілька десятиліть тому розробка так званого оптичного пінцета дозволила вченим рухати маленькі об’єкти на кшталт наночастинок і маніпулювати ними за допомогою світлового тиску від налаштованого променя лазерного світла. Ця робота привела Артура Ашкіна до Нобелівської премії з фізики 2018 року. Проте оптичний пінцет може маніпулювати лише дуже маленькими об’єктами і на дуже малих відстанях.

«Кульку для пінг-понгу можна підняти за допомогою постійного потоку повітря, що виходить з фена, — пояснює провідний автор дослідження Огнєн Іліч. — Але це б не спрацювало, якщо б кулька для пінг-понгу був занадто великою або якщо б вона була занадто далеко від фена і так далі».

Учёные научились поднимать крупномасштабные объекты при помощи света
Інженерна оптична анізотропія для самостабілізуючих маніпуляцій / © Atwater laboratory

Згідно з новим дослідженням, промінь світла може маніпулювати об’єктами різних форм і розмірів — від мікрометрів до кількох метрів. Ключ лежить у створенні спеціальних наномасштабних патернів на поверхні об’єкта. Ці структури взаємодіють зі світлом таким чином, що об’єкт може вирівняти себе при впливі на нього, створюючи відновлювальний момент, щоб залишитися в світловому промені. Об’єкту вже будуть не потрібні точно сфокусовані лазерні промені, оскільки патерни на його поверхні призначені для «шифрування» стабільності. Навіть більше, джерело світла може перебувати в мільйонах кілометрів від об’єкта.

«Ми розробили метод, який може піднімати макроскопічні об’єкти, — каже Гаррі Етуотер. — Цій техніці можна знайти дуже цікаве застосування — в якості засобу прискорення космічного апарата нового покоління. Ми ще далекі від того, щоб це зробити, але перебуваємо в процесі випробування цих принципів».

Теоретично на такий космічний апарат можна нанести необхідні наномасштабні структури, а потім прискорити його за допомогою наземного лазерного світла. Не маючи на своєму борту палива, він зможе досягти дуже високих, навіть релятивістських швидкостей і, можливо, навіть інших зірок.

На думку Етуотера, технологію можна застосовувати і на Землі — для швидкого виробництва набагато менших об’єктів зразок друкованих плат.