Vedci z Texas A&M University predstavili experiment, ktorý naznačuje úplne nový spôsob pohybu objektov bez dotyku a bez paliva. Ukázalo sa, že silné laserové svetlo dokáže mikroskopické zariadenia nielen nadvihnúť, ale ich aj presne riadiť v priestore. Výskum viedol Shoufeng Lan z Laboratória pokročilej nanofotoniky a výsledky boli publikované v časopise Newton.
Základom sú takzvané „metajety“, čo sú v podstate drobné štruktúry vytvorené z metapovrchov. Ide o extrémne tenké materiály s nanometrovými vzormi, ktoré dokážu riadiť správanie svetla s neporovnateľnou presnosťou. Namiesto toho, aby vedci upravovali samotný tvar laserového lúča, zabudovali schopnosť riadenia priamo do materiálu. Keď na takýto povrch dopadne svetlo, odráža sa pod presne určenými uhlami a pri odraze odovzdáva objektu hybnosť. Táto sila je síce veľmi malá, no merateľná a pri vhodnom návrhu postačuje na pohyb objektu v priestore. O téme informuje portál Phys a InterestingEngineering.
Plná trojrozmerná manévrovateľnosť bez kontaktu
Tím po prvý raz ukázal, že pomocou svetla je možné dosiahnuť plnú trojrozmernú manévrovateľnosť, pričom objekt sa dokáže plynulo pohybovať dopredu, dozadu, do strán aj smerom nahor bez akéhokoľvek fyzického kontaktu. Kým doterajšie pokusy so svetelným pohonom stavali najmä na úprave samotného laserového lúča pomocou zložitej optiky, tento prístup je zásadne odlišný, pretože schopnosť riadenia je zabudovaná priamo do materiálu. Práve to umožňuje oveľa presnejšie a flexibilnejšie generovanie sily, ktorú svetlo na objekt prenáša.
Samotné zariadenia majú veľkosť len niekoľko desiatok mikrometrov, teda menej než je hrúbka ľudského vlasu, no napriek tomu dokážu reagovať na dopadajúce svetlo mimoriadne presne. Aby vedci čo najviac potlačili vplyv gravitácie a mohli lepšie pozorovať účinok svetelnej sily, experimenty prebiehali v kvapalnom prostredí.
Metapovrchy boli vyrobené s nanometrovou presnosťou v zariadeniach patriacich pod Texas A&M Engineering Experiment Station, pričom každý detail tvaru, orientácie a rozmiestnenia mikroskopických štruktúr bol navrhnutý tak, aby presne určoval smer odrazeného svetla a tým aj výslednú silu pôsobiacu na objekt.
Zásadné je pritom zistenie, že sila vytvorená svetlom nezávisí od veľkosti samotného zariadenia, ale od výkonu svetelného zdroja. V praxi to znamená, že rovnaký fyzikálny princíp by sa teoreticky mohol uplatniť aj pri podstatne väčších objektoch, pokiaľ by bol k dispozícii dostatočne silný laser, čo otvára zaujímavé možnosti pre budúce využitie tejto technológie aj mimo laboratórneho prostredia.
Naznačená cesta k medzihviezdnemu pohonu
Myšlienka svetelného pohonu nie je nová a výrazne ju preslávil projekt Breakthrough Initiatives, ktorý uvažoval o urýchľovaní miniatúrnej sondy pomocou silných laserov vysielaných zo Zeme smerom k systému Alpha Centauri. Ambíciou bolo prekonať medzihviezdnu vzdialenosť približne za 20 rokov. Hoci tento koncept narazil na finančné aj technické prekážky, najnovší výskum naznačuje odlišný a potenciálne škálovateľnejší prístup, ktorý stavia riadenie pohybu priamo do vlastností materiálu namiesto úpravy samotného svetelného lúča.
Tím z Texasu teraz plánuje testy v prostredí mikrogravitácie, kde by bolo možné pozorovať účinok svetelného pohonu bez vplyvu tiaže. Zatiaľ ide o experiment s mikroskopickými objektmi, no fyzikálne princípy naznačujú, že pri dostatočnom výkone laserov by svetlo mohlo raz poháňať zariadenia vo vesmíre bez paliva, bez mechanických častí a bez priameho kontaktu.
