Los científicos diseñan una forma de levitar y propulsar objetos utilizando solo luz

• Aunque todavía es teórico, la tecnología se puede utilizar para hacer levitar objetos de diferentes tamaños y formas con un haz de luz.
• También podría usarse para desarrollar naves espaciales propulsadas por láser para la exploración espacial.

La capacidad de la luz para ejercer fuerzas y momentos de torsión es una de las características clave de la manipulación óptica de materiales. Para que esta manipulación sea estable, la fuente debe exhibir un potencial de captura lo suficientemente fuerte.

En las últimas dos décadas, los científicos han ideado numerosos enfoques para la manipulación mecánica basada en la luz, sobre todo pinzas ópticas que utilizan la presión de radiación de un rayo láser para mover y manipular objetos diminutos. Este método formó la base para el Premio Nobel de Física 2018.

Hoy en día, los científicos se han centrado en la dinámica de levitación en sistemas optomecánicos para realizar la superposición mecánica cuántica y el enfriamiento del estado fundamental.

La mayoría de las técnicas existentes, sin embargo, solo pueden manipular objetos microscópicos a distancias muy cortas. Es como hacer levitar una pelota de ping pong usando un chorro de aire de un secador de pelo. No funcionaría si la pelota fuera demasiado pesada o si estuviera demasiado lejos del secador de pelo.

Recientemente, investigadores del Instituto de Tecnología de California revelaron un método que se puede utilizar para manipular objetos de diferentes tamaños y formas con un haz de luz. La hazaña teórica se basa en patrones únicos a nanoescala grabados en la superficie del objeto propulsado por luz.

¿Cómo funciona?

Los patrones únicos a nanoescala interactúan con la luz de una manera que el objeto puede equilibrarse en el aire, generando un par de restauración para mantenerlo en el haz. Estos patrones son capaces de codificar su propia estabilidad, eliminando el requisito de rayos láser altamente enfocados. De hecho, la fuente de luz puede estar a millones de kilómetros de distancia.

Referencia:Nature Photonics | doi:10.1038 / s41566-019-0373-y | Caltech

Esta manipulación óptica autoestabilizante de objetos macroscópicos podría obtenerse controlando la anisotropía de la luz que se dispersa a lo largo de la superficie del objeto.

Ingeniería de anisotropía óptica para manipulación autoestabilizadora | Cortesía de investigadores

Los investigadores buscaron asimetría en la respuesta óptica para garantizar que se pueda producir un par de restauración para una estructura que está desplazada de su orientación de equilibrio. Hicieron hincapié en crear una respuesta adecuada como efecto colectivo y desarrollaron un grupo de elementos nanofotónicos que pueden exhibir dinámicas pasivas de autorrecuperación.

Aplicaciones

Aunque sigue siendo teórico, la tecnología se puede utilizar para desarrollar naves espaciales de luz que podrían visitar planetas fuera de nuestro sistema solar. Ese es un largo camino por recorrer, pero los investigadores actualmente están probando los principios.

La nave espacial podría grabarse con patrones especiales a nanoescala y alimentarse / acelerarse mediante un rayo láser terrestre. Podrían alcanzar velocidades relativistas y posiblemente visitar estrellas distantes, sin llevar ningún combustible.

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Pero antes de que esta teoría de la propulsión de la luz se utilice para impulsar naves espaciales, podría impulsar la fabricación de objetos más pequeños como placas de circuitos.