Si tratta di una svolta nella propulsione ottica che un giorno potrebbe contribuire ad alimentare i viaggi interstellari senza l’utilizzo di combustibili tradizionali.
Raggiungere il sistema stellare più vicino, Alpha Centauri, richiederebbe centinaia di migliaia di anni utilizzando l’attuale tecnologia di propulsione a razzo.
I ricercatori del dipartimento di ingegneria meccanica della Texas A&M University hanno dimostrato un nuovo approccio al movimento tramite luce, mostrando che i laser possono essere utilizzati per sollevare e guidare oggetti in diverse direzioni senza contatto fisico.
Questa scoperta potrebbe un giorno consentire di viaggiare verso Alpha Centauri entro circa 20 anni.
Shoufeng Lan, professore associato e direttore del Laboratorio di Nanofotonica Avanzata, e il suo team hanno pubblicato il lavoro sulla rivista Newton . Lo studio introduce dispositivi su scala micrometrica, denominati “metajet”, che generano un movimento controllato quando illuminati da luce laser.
Questi metajet sono composti da metasuperfici: materiali ultrasottili progettati con minuscoli motivi che consentono agli scienziati di controllare il comportamento della luce, un po’ come modellare una lente, ma su una scala molto più piccola e precisa. Progettando attentamente queste strutture, il team di ricerca ha controllato il modo in cui la luce trasferisce quantità di moto a un oggetto, permettendogli di muoversi.
Lan paragona l’effetto al rimbalzo delle palline da ping-pong su una superficie: quando la luce si riflette, trasferisce quantità di moto, creando una forza piccola ma misurabile in grado di spingere un oggetto.
I metajet dimostrano una completa manovrabilità tridimensionale, una capacità mai realizzata prima nei sistemi di propulsione ottica. A quanto risulta al team, questa è la prima dimostrazione di manovra 3D utilizzando questo tipo di approccio.
Sebbene lavori analoghi siano emersi da gruppi di ricerca in Europa, Lan afferma che il team della Texas A&M sta portando avanti il campo dello sviluppo di un quadro più ampio basato su principi fisici fondamentali che descrivono come la luce genera forza. Negli Stati Uniti, sforzi simili includono il lavoro del California Institute of Technology incentrato sulla stabilità della propulsione e quello del Rochester Institute of Technology che utilizza piattaforme a reticolo di diffrazione.
A differenza dei metodi convenzionali che controllano gli oggetti modellando la luce stessa, questo approccio integra il controllo direttamente nel materiale. Ciò consente una generazione di forza più flessibile, suggerendo che il concetto potrebbe essere scalabile più facilmente. La forza dipende dalla potenza della luce piuttosto che dalle dimensioni del dispositivo, il che significa che gli stessi principi potrebbero essere applicati anche al di là dei sistemi microscopici.
Sebbene i dispositivi attuali abbiano dimensioni di poche decine di micron, inferiori allo spessore di un capello umano, i principi fisici alla base di questo approccio suggeriscono che potrebbe essere esteso a sistemi molto più grandi, a condizione che sia disponibile una potenza ottica sufficiente.
La fabbricazione delle metasuperfici ha richiesto una precisione su scala nanometrica, con ogni elemento progettato con cura in termini di forma, orientamento e posizionamento.
I dispositivi sono stati prodotti presso la struttura di nanofabbricazione AggieFab della Texas A&M, con il supporto della Texas A&M Engineering Experiment Station (TEES) e dell’università. Per testare i dispositivi, i ricercatori hanno condotto esperimenti in un ambiente fluido per compensare la forza di gravità e osservare meglio il movimento.
Il team sta ora cercando finanziamenti esterni per estendere i test ad ambienti di microgravità, dove la propulsione a energia luminosa potrebbe essere studiata senza i vincoli della gravità.
I risultati contribuiscono a un’area di ricerca in espansione, incentrata sul controllo degli oggetti tramite la luce e sulla comprensione di come la luce interagisce con i sistemi fisici. Essi suggeriscono un futuro in cui la luce potrebbe essere utilizzata per muovere e controllare oggetti che vanno da dispositivi microscopici a veicoli spaziali, senza bisogno di contatto fisico o carburante.
Source: Texas A&M University
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