Los científicos han construido un rayo tractor microscópico usando luz láser: ScienceAlert
Los rayos tractores tienen un sentido intuitivo. La materia y la energía interactúan entre sí de innumerables formas en todo el universo. El magnetismo y la gravedad son fuerzas naturales que pueden mantener unidas las cosas, por lo que existe una especie de precedente.
Pero la geometría real del rayo tractor es algo diferente.
Un rayo tractor es un dispositivo que puede mover un objeto a distancia. La idea proviene de una historia de ciencia ficción de 1931 llamada Sabuesos espaciales del IPC:
Lee alegría bronx. Los titanes tenían un rayo tractor hace mucho tiempo, me envió un anestésico completo, y los jovianos los consiguieron. Lo tendremos en tres días, y también debería ser bastante simple deshacerse de la marcha atrás del tractor: empujador o viga compresora. «
Si la ciencia ficción tiene algo que decir al respecto, los rayos tractores ya nos resultarán familiares y podemos estar agradecidos. Star Trek Y guerra de las Galaxias por su difusión.
Pero los rayos tractores existen, aunque su alcance es solo microscópico.
Los rayos tractores microscópicos se utilizan en dispositivos llamados pinzas ópticas. Las pinzas ópticas utilizan láseres para mover objetos microscópicos como átomos y nanopartículas. Se utilizan en biología, nanotecnología y medicina.
Estos paquetes de tractores funcionan con organismos microscópicos, pero no son lo suficientemente fuertes como para tirar de objetos grandes.
Ahora, un equipo de investigadores ha demostrado con éxito un rayo tractor microscópico. Publicaron el artículo que describe su trabajo en la revista Óptica Express. su titulo esArrastre láser macroscópico basado en la fuerza de Knudsen en un gas enrarecido,El autor principal es Li Wang de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Qingdao en China.
En estudios anteriores, la fuerza de arrastre de la luz era demasiado pequeña para tirar de un objeto microscópico. Él dijo Wang.
«Con nuestro nuevo enfoque, la atracción de la luz tiene una amplitud mucho mayor. De hecho, es tres veces mayor que la presión de la luz utilizada para impulsar una vela solar, que utiliza el impulso de los fotones para ejercer una pequeña fuerza de empuje».
El rayo tractor macroscópico solo funciona bajo ciertas condiciones de laboratorio, por lo que es una demostración más que un desarrollo práctico. Al menos no todavía.
En primer lugar, funciona en el material diseñado para este propósito: grafeno-SiO macroscópico2 Objetos compuestos hechos por investigadores para experimentos.
En segundo lugar, opera en un entorno gaseoso enrarecido, que tiene una presión mucho más baja que la atmósfera de la Tierra. Si bien esto limita su eficacia aquí en la Tierra, no todos los mundos tienen una presión atmosférica como la nuestra.
«Nuestra tecnología proporciona un enfoque de tracción de larga distancia sin contacto, que puede ser útil para varios experimentos científicos». Él dijo Wang.
«El entorno de gas enrarecido que usamos para demostrar esta técnica es similar a lo que se encontró en él. Marte. Por lo tanto, puede tener el potencial de algún día manipular vehículos o aeronaves en Marte».
Su dispositivo funciona según el principio de calentamiento de gas. El láser calienta los objetos compuestos, pero un lado está más caliente que el otro. Las moléculas de gas en la parte posterior reciben más energía, lo que atrae al cuerpo. El cuerpo se mueve con baja presión en un ambiente de gas enrarecido.
Los investigadores construyeron un dispositivo para torcer, o rotar, un péndulo hecho de grafeno-SiO2 Estructura compuesta para ilustrar el fenómeno del arrastre láser. Esta pantalla lo hizo visible a simple vista. Usaron otro dispositivo para medir el impacto.
«Encontramos que la fuerza de tracción era tres veces mayor que con una presión ligera», Él dijo Wang. «Además, el remolque del láser es repetible y la fuerza se puede ajustar cambiando la potencia del láser».
Otros investigadores han Vigas tractoras tratadas En los últimos años con resultados mixtos. La NASA estaba interesada en seguir la idea de usar rayos tractores para recolectar muestras del vehículo de superficie MSL Curiosity. ChemCam es una de las herramientas de Curiosity.
Se trata de un láser que vaporiza la roca o regolito y luego un microscopio para medir espectrofotométricamente sus componentes. Pero la NASA se preguntó si el rayo tractor podría extraer pequeñas partículas de la muestra vaporizada hacia el rover para un estudio más completo.
a Presentación del NIAC de la NASA A partir de 2010, dijo: «Si la tecnología de rayos tractores se incluye en ‘ChemCam2’ para nubes de polvo y partículas de plasma, los rayos tractores podrían agregar una serie de capacidades científicas adicionales:
- Espectroscopia de iones láser
- espectrometría de masas
- espectroscopia Raman
- flash de rayos x
La misma presentación dijo que los rayos tractores podrían usarse para recolectar partículas de las colas de los cometas, columnas de hielo en Enceladus e incluso nubes en la atmósfera de la Tierra u otras atmósferas.
Nunca se materializó, pero demuestra lo atractiva que puede ser la idea.
Esta nueva investigación ha producido resultados interesantes, aunque no se acerca a la implementación práctica real. Se requiere mucho trabajo e ingeniería antes de poder acercarse a la aplicación práctica.
Por un lado, tiene que haber una base teórica bien entendida que describa cómo funciona el efecto en objetos de diferentes tamaños y formas y chaquetas de diferentes potencias en diferentes atmósferas.
Los investigadores lo saben, por supuesto, pero señalan que sigue siendo una prueba de concepto efectiva.
«Nuestro trabajo muestra que la manipulación flexible de la luz en un objeto microscópico es posible cuando las interacciones entre la luz, el objeto y el medio se controlan cuidadosamente». Él dijo Wang.
«También muestra cuán complejas son las interacciones láser-materia y que muchos fenómenos están lejos de ser entendidos a nivel macro y micro».
La parte crítica es que este estudio transfiere haces de turbina de microscópicos a macroscópicos. Este es un umbral enorme que es difícil de cruzar.
«Este trabajo amplía la nubosidad óptica desde la escala microscópica hasta la macro, lo que tiene un gran potencial para la manipulación óptica a gran escala», dijeron los autores. escribo en su conclusión.
Las naves espaciales podrían hacer un buen uso de los rayos tractores algún día, pero es poco probable que se vean como en la ciencia ficción. guerra de las GalaxiasY Star Treky sSabuesos del IPC Todos cuentan con rayos tractores en combate y conflicto.
Pero, de hecho, pueden convertirse en valiosas herramientas científicas.
Este artículo fue publicado originalmente por el universo hoy. Leer el el articulo original.
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