Investigadores del Instituto de Ciencia e Ingeniería Caltech en California han diseñado una forma de levitar y propulsar objetos utilizando solo la luz, creando patrones específicos a escala nanométrica en la superficie de los objetos. Aunque todavía estamos hablando en el plano teórico, la investigación podría conducir al desarrollo de una nave espacial, capaz de alcanzar el planeta más cercano de nuestro sistema solar en 20 años, alimentada y acelerada solo por la luz.
La luz es una herramienta realmente poderosa para manipular las materia, pero los enfoque seguidos hasta la fecha requieren de una luz enfocada de alta intensidad que limita la manipulación de los objetos. Así por ejemplo, hace décadas, el desarrollo de las llamada “pinzas ópticas” permitió a los científicos mover y manipular objetos pequeños, como las nanopartículas, utilizando la presión radiativa de un rayo de luz láser muy enfocado. Este trabajo formó la base para el Premio Nobel de Física 2018. Sin embargo, las pinzas ópticas sólo son capaces de manipular objetos muy pequeños y solo a distancias muy cortas.
“Uno puede hacer levitar una pelota de ping pong utilizando el flujo constante del aire procedente de un secador de pelo. Pero no funcionaría si la pelota de ping pong fuera demasiado grande, o si estuvieramos lejos del secador, y así sucesivamente”, explica Ognjec Llic, primer autor del estudio.
Con esta nueva investigación, objetos de diferentes formas y tamaños, desde micrómetros hasta metros, se podrían manipular con un haz de luz. La clave es crear patrones específicos a nanoescala en la superficie del objeto. Este patrón interactúa con la luz de tal manera que el objeto puede enderezarse cuando se le perturba, creando un esfuerzo de torsión de restauración para mantenerlo en el haz de luz. Por lo tanto, en lugar de requerir rayos láser altamente enfocados, el modelado de los objetos está diseñado para «codificar» su propia estabilidad. La fuente de luz también puede estar a millones de millas de distancia.
“Hemos ideado un método que podría levitar objetos macroscópicos. Y podemos aplicar esta técnica de forma audaz como un medio para propulsar una nueva generación de naves espaciales. Esta claro que todavía estamos muy lejos de hacerlo, pero estamos en el proceso de probar los pirncipios”, declaró Harry Atwater profesor de física aplicada y ciencias de los materiales en Caltech.
En teoría, esta nave espacial podría ser modelada con estructuras a nanoescala y acelerado por una luz láser ubicada en la tierra. Sin necesidad de llevar combustible, la nave podría alcanzar velocidades muy altas, incluso relativistas, y posiblemente viajar a otras estrellas. Atwater también prevé que la tecnología podría usarse aquí en la tierra para posibilitar la fabricación rápida de objetos cada vez más pequeños, como las placas de circuitos.
La investigación fue publicada el 18 de marzo de 2019 en la revista científica Nature Photonics con el título «Self-stabilizing photonic levitation and propulsion of nanostructured macroscopic objects”.
Fuente imagen de portada: Atwater laboratory
