Científicos desarrollan método basado en luz para levitar y propulsar objetos

Aunque aún teórico, la tecnología puede levitar objetos de diferentes tamaños y formas con un haz de luz.

También podría usarse para desarrollar naves espaciales propulsadas por láser para exploración espacial.

Cómo funciona

La capacidad de la luz para ejercer fuerzas y torques es clave en manipulación óptica de materiales. Para estabilizar, la fuente debe exhibir potencial de atrapamiento lo bastante fuerte.

En últimas décadas, científicos idearon numerosos enfoques para manipulación mecánica basada en luz, notablemente pinzas ópticas que usan presión radiante de láser para mover y manipular objetos diminutos. Este método base del Nobel de Física 2018.

Hoy, científicos se centran en dinámica de levitación en sistemas optomecánicos para realizar superposición cuántica mecánica y enfriamiento a estado fundamental.

La mayoría de técnicas existentes solo manipulan objetos microscópicos a distancias muy cortas. Es como levitar una pelota de ping-pong con chorro de aire de secador. No funcionaría si la pelota es muy pesada o muy lejos del secador.

Recientemente, investigadores del Caltech revelaron método para manipular objetos de diferentes tamaños y formas con haz de luz. La hazaña teórica se basa en patrones nanoescala únicos grabados en la superficie del objeto propulsado por luz.

Cómo funciona

Los patrones nanoescala únicos interactúan con la luz de manera que el objeto se equilibra en el aire, generando torque restaurador para mantenerlo en el haz. Estos patrones codifican su propia estabilidad, eliminando necesidad de haces láser altamente enfocados. De hecho, la fuente de luz puede estar a millones de kilómetros.

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

Esta manipulación óptica auto-estabilizadora de objetos macroscópicos podría obtenerse controlando la anisotropía de dispersión de luz a lo largo de la superficie del objeto.

Ingeniería de anisotropía óptica para manipulación auto-estabilizadora | Cortesía de investigadores

Los investigadores buscaron asimetría en respuesta óptica para asegurar que se produzca torque restaurador para estructura desplazada de orientación de equilibrio. Enfatizaron crear respuesta apropiada como efecto colectivo y desarrollaron grupo de elementos nanofotónicos que exhiben dinámicas pasivas de auto-restauración.

Aplicaciones

Aunque aún teórico, la tecnología puede usarse para desarrollar naves espaciales propulsadas por luz que visiten planetas fuera de nuestro sistema solar. Es un largo camino, pero investigadores están probando principios.

La nave podría grabarse con patrones nanoescala especiales y propulsarse/acelerarse por haz láser terrestre. Alcanzarían velocidades relativistas y posiblemente visitarían estrellas distantes, sin llevar combustible.

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Antes de que esta teoría de propulsión lumínica alimente naves, podría impulsar fabricación de objetos menores como placas de circuitos.