Tu Delft dan Brown University Pioneer Technology for Next-Generation Lightils in Space Exploration

Para peneliti di Tu Delft dan Brown University telah mengembangkan lightsils berbasis nanoteknologi yang dapat diskalakan yang dapat mendukung kemajuan masa depan dalam eksplorasi ruang angkasa dan fisika eksperimental. Penelitian mereka, diterbitkan di Komunikasi Alam memperkenalkan bahan baru dan metode produksi untuk menciptakan reflektor skala besar tertipis yang pernah dibuat.

Lightsils adalah struktur reflektif yang sangat tipis yang menggunakan tekanan radiasi yang digerakkan laser untuk mendorong pesawat ruang angkasa dengan kecepatan tinggi. Tidak seperti nanoteknologi konvensional, yang miniatur perangkat dalam semua dimensi, lightsils mengikuti pendekatan yang berbeda. Mereka memiliki nano dengan ketebalan-tentang 1/1000 ketebalan rambut manusia-tetapi dapat meluas ke lembaran dengan dimensi besar.

Membuat lightsil seperti yang dibayangkan untuk inisiatif Breakthrough Starshot akan secara tradisional memakan waktu 15 tahun, terutama karena ditutupi oleh miliaran lubang skala nano. Menggunakan teknik canggih, tim, termasuk penulis pertama dan kandidat PhD Lucas Norder, telah mengurangi proses ini menjadi satu hari.

Inisiatif Starshot Terobosan

Saat ini, akan memakan waktu sekitar 10.000 tahun untuk roket tercepat kami untuk mencapai bahkan bintang terdekat di luar tata surya. Inisiatif Starshot Terobosan, menyatukan ribuan peneliti, berupaya mengurangi perjalanan itu menjadi hanya 20 tahun. Dengan mengembangkan pesawat ruang angkasa yang sangat ringan, laser, ukuran microchip, itu adalah bagian dari inisiatif terobosan, sebuah program yang didanai oleh investor swasta. Starshot diluncurkan oleh Yuri Milner dan Stephen Hawking pada tahun 2016.

Jenis nanoteknologi baru

-Ini bukan hanya langkah lain dalam membuat segalanya lebih kecil; Ini adalah cara berpikir yang sama sekali baru tentang nanoteknologi,- menjelaskan Dr. Richard Norte, associate professor di Tu Delft. -Kami membuat perangkat rasio aspek tinggi yang lebih tipis dari apa pun yang sebelumnya direkayasa tetapi dimensi rentang yang mirip dengan struktur masif.-Prototipe saat ini mengukur 60mm x 60mm dan setebal 200 nanometer, ditutupi oleh miliaran lubang nanosized. Ini merupakan langkah maju yang signifikan dalam fabrikasi lightsil skala besar.

Kami membuat perangkat rasio aspek tinggi yang lebih tipis dari apa pun yang sebelumnya direkayasa tetapi dimensi rentang yang mirip dengan struktur besar.

Richard Norte

-Menuhan baru-baru ini di lapangan, seperti dari Caltech, telah menunjukkan kontrol skala nano atas struktur layar pada skala mikrometer, sedangkan skala pendekatan kami ke struktur berukuran sentimeter sambil mempertahankan manufaktur presisi skala nano.- Jika ditingkatkan, lightsil yang dibuat oleh Norte dan rekannya akan meluas lebih lama dari tujuh lapangan sepak bola dengan penebalan. -Ini bukan hanya rasio aspek tinggi yang membuat materi ini istimewa; Ini adalah kombinasi simultan dari skala besar dan skala nano dalam bahan yang sama yang membuatnya ringan dan reflektif,- kata Norte.

Tim ini menggabungkan teknik optimisasi topologi canggih dengan metode fabrikasi mutakhir untuk mencapai hal ini. -Kami telah mengembangkan etsa berbasis gas baru yang memungkinkan kami untuk menghapus material di bawah layar dengan hati-hati, hanya menyisakan layar,-Norte menjelaskan. -Jika Layar Istirahat, kemungkinan besar selama manufaktur. Setelah layar ditangguhkan, mereka sebenarnya cukup kuat. Teknik-teknik ini telah dikembangkan secara unik di Tu Delft.-

– Pekerjaan kami menggabungkan kemajuan terbaru dalam optimasi untuk mengeksplorasi cara-cara baru untuk menemukan desain yang tidak intuitif,- kata Dr. Miguel Bessa dari Brown University. -Dia memadukan jaringan saraf dengan optimasi topologi, kami telah menciptakan desain yang mendorong batas apa yang mungkin dalam nanofotonik dan manufaktur skala besar.-

Dari picometer ke sentimeter ke lightyears

Lightils yang diusulkan memanfaatkan tekanan radiasi yang digerakkan laser untuk mempercepat kecepatan yang menakjubkan, memungkinkan perjalanan antarplanet yang cepat. Misalnya, probe yang didorong dengan lightsils yang dikembangkan dapat, secara teori, mencapai Mars pada saat yang diperlukan untuk surat internasional tiba. Sementara jarak yang sangat jauh tetap menjadi tujuan untuk masa depan, penelitian terbaru telah menunjukkan bahwa lightsils yang sama saat ini dapat didorong ke jarak sekecil picometer. Norte dan timnya sekarang sedang mempersiapkan eksperimen untuk mendorong layar membran baru melintasi jarak yang diukur dalam sentimeter terhadap gravitasi Bumi. -Itu mungkin tidak terdengar seperti banyak, tapi ini akan menjadi 10 miliar kali lebih jauh dari apa pun yang didorong dengan laser sejauh ini .-