Исследователи из Калифорнийского технологического института (Калтех) разработали способ для поднятия и ускорения объектов при помощи одного только света, создавая на их поверхности особые наномасштабные паттерны.

Несмотря на то что работа пока носит исключительно теоретический характер, это шаг к разработке космического аппарата, который сможет достичь ближайшей планеты за пределами Солнечной системы всего за 20 лет, используя в качестве топлива лишь свет. Статья, описывающая исследование, опубликована в журнале Nature Photonics.

Несколько десятилетий назад разработка так называемого оптического пинцета позволила ученым двигать маленькие объекты вроде наночастиц и манипулировать ими при помощи светового давления от точно настроенного луча лазерного света. Эта работа привела Артура Ашкина к Нобелевской премии по физике 2018 года. Однако оптический пинцет может манипулировать только очень маленькими объектами и на крайне малых расстояниях.

«Шарик для пинг-понга можно поднять при помощи постоянного потока воздуха, исходящего из фена, — объясняет ведущий автор исследования Огнен Илич. — Но это бы не сработало, если бы шарик для пинг-понга был слишком большим или если бы он был слишком далеко от фена и так далее».

Инженерная оптическая анизотропия для самостабилизирующихся манипуляций / © Atwater laboratory

Согласно новому исследованию, луч света может манипулировать объектами разных форм и размеров — от микрометров до метров. Ключ лежит в создании специальных наномасштабных паттернов на поверхности объекта. Эти структуры взаимодействуют со светом таким образом, что объект может выровнять себя при воздействии на него, создавая восстанавливающий момент, чтобы остаться в световом луче. Объекту уже будут не нужны точно сфокусированные лазерные лучи, так как паттерны на его поверхности предназначены для «шифрования» стабильности. Более того, источник света может находиться в миллионах километров от объекта.

«Мы разработали метод, который может поднимать макроскопические объекты, — говорит Гарри Этуотер. — Этой технике можно найти очень интересное применение — в качестве средства ускорения космического аппарата нового поколения. Мы еще далеки от того, чтобы это сделать, но находимся в процессе испытания этих принципов».

Теоретически на такой космический аппарат можно нанести необходимые наномасштабные структуры, а затем ускорить его при помощи наземного лазерного света. Не имея на своем борту топлива, он сможет достичь очень высоких, даже релятивистских скоростей и, возможно, даже других звезд.

По мнению Этуотера, технологию можно применять и на Земле — для быстрого производства намного меньших объектов вроде печатных плат.