মেটাসারফেস ‘মেটাজেট’ আলো-পাল নেভিগেট করার নতুন উপায় দিতে পারে

অন্তর্নাক্ষত্রিক যাত্রার একটি propulsion ধারণা এখন steering concept পেল

Light sails দীর্ঘদিন ধরে মহাকাশে চরম দূরত্ব অতিক্রম করার সবচেয়ে আকর্ষণীয় ধারণাগুলোর একটি। ভারী propellant বহন করার বদলে, একটি sail-কে নিজেই আলো, বিশেষ করে শক্তিশালী lasers, দিয়ে ঠেলা যেতে পারে। এর আকর্ষণ সহজ: খুব দীর্ঘ যাত্রার ক্ষেত্রে onboard mass কমানো অর্থপূর্ণ গতিতে পৌঁছানোর কয়েকটি বাস্তব পথের একটি হতে পারে।

সমস্যা কখনও কেবল চলাচল ছিল না। নিয়ন্ত্রণও ছিল। যাকে ঠেলা যায়, সে উপকারী; কিন্তু যাকে দিকনির্দেশ দেওয়া যায়, সে আরও বেশি মূল্যবান। New Scientist জানিয়েছে, গবেষকরা এখন সেই লক্ষ্যের দিকে ছোট কিন্তু উল্লেখযোগ্য একটি ধাপ নিতে পারেন, tiny devices তৈরি করে যাদের metajets বলা হয়, যা আলো শুধু ব্যবহার করে চলতেই পারে না, দিকও প্রভাবিত করতে পারে।

এই কাজটি Texas A&M University-এর Kaushik Kudtarkar-সহ গবেষকদের কাছ থেকে এসেছে। তাদের মূল ধারণা হলো, আলো reflection-এর মাধ্যমে momentum স্থানান্তরের চেয়েও বেশি করতে পারে। একটি structured material ডিজাইন করে যা আলোকে খুব নিয়ন্ত্রিতভাবে refract করে, তারা একসঙ্গে একাধিক দিকে forces তৈরি করতে পারেন।

মেটাজেট কীভাবে কাজ করে

রিপোর্টে বর্ণিত ডিভাইসটি একটি metasurface, অত্যন্ত পাতলা একটি material যা আলো manipulate করার জন্য engineered। এই ক্ষেত্রে, গবেষকরা প্রচলিত framing উল্টে দিয়েছেন। কেবল material আলোকে কীভাবে বদলায় সেটি না দেখে, তারা দেখেছেন আলো material-এর motion-কে কীভাবে বদলায়।

মেটাজেটটি ছোট ছোট pillars-এর একটি সিরিজ দিয়ে texture করা। সেই structures-এর আকার ও pattern ঠিক করে incoming light surface-এর ভেতর দিয়ে বা তার সঙ্গে interaction করার সময় কীভাবে steer হবে। যেহেতু এই প্রক্রিয়ায় momentum বিনিময় হয়, তাই আলোর পথ বদলালে material-এর ওপর লাগা force-ও বদলে যায়।

এটাই steering-এর জন্য এই concept-কে আকর্ষণীয় করে তোলে। surface geometry যদি ভিন্ন ভিন্ন directional response তৈরি করতে পারে, তাহলে light-driven object-কে শুধু সামনের দিকে ত্বরান্বিত করার চেয়েও বেশি কিছুর জন্য ডিজাইন করা যায়। conventional moving parts ছাড়াই এটি correction, orientation, বা maneuvering করতে পারে।

ডিভাইসটি নিজেই অত্যন্ত ছোট, রিপোর্ট অনুযায়ী প্রায় 0.01 millimetres across। সেই scale-এ, এটি কোনো starship sail-এর prototype নয়। এটি একটি proof of principle, যা দেখায় engineered surfaces কীভাবে illumination-কে controlled motion-এ রূপান্তর করতে পারে।

দলটি কী দেখিয়েছে

ধারণাটি পরীক্ষা করতে গবেষকরা silicon ডিভাইসটি পানিতে রাখেন এবং microscope-এর নিচে তার চলাচল ট্র্যাক করতে তার ওপর laser ফেলেন। ফল ছিল একসঙ্গে দুটি ধরনের গতি: মেটাজেটটি levitateও করল এবং horizontally-ও চলল। New Scientist জানায়, সর্বোচ্চ গতি ছিল প্রায় 0.07 millimetres per second।

এই সংখ্যাগুলো modest, কিন্তু এটাই মূল গল্প নয়। গুরুত্ব হলো surface design-এর মাধ্যমে lift এবং lateral movement-এর সমন্বয় তৈরি হওয়া। অন্য কথায়, experiment দেখায় material-এর optical properties থেকেই নিয়ন্ত্রিত আচরণ বেরিয়ে আসতে পারে।

Kudtarkar New Scientist-কে বলেছেন, এখন যেহেতু ডিভাইসের ওপর লাগা forces বোঝা গেছে, গবেষকরা metasurface design বদলে এটিকে যেকোনো দিকেই steer করতে পারেন। এটি raw speed figure-এর চেয়ে বেশি গুরুত্বপূর্ণ engineering statement। এটি একটি design space-এর ইঙ্গিত দেয়, একবারের প্রভাবের নয়।

লাইট-সেল সমর্থকদের কেন গুরুত্ব দেওয়া উচিত

Light sails-এর ক্ষেত্রে steering একটি কেন্দ্রীয় চ্যালেঞ্জ। কোনো craft-কে বিশাল দূরত্বে পাঠাতে thrust-এর চেয়ে বেশি লাগে। ছোট orientation error সময়ের সঙ্গে বিশাল navigational deviation-এ পরিণত হতে পারে। এমন কোনো পদ্ধতি যা sail-কে light pressure-এ অনুমানযোগ্যভাবে সাড়া দিতে দেয়, বিশেষ করে bulky control hardware যোগ না করেই, গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠতে পারে।

রিপোর্টে বলা হয়েছে, সময়ের সঙ্গে shape বদলাতে পারে এমন metasurface ইতিমধ্যেই আছে। যদি সেই ক্ষমতাকে light-driven steering-এর সঙ্গে যুক্ত করা যায়, ভবিষ্যতের sails illumination-এর প্রতি নিজেদের প্রতিক্রিয়া সক্রিয়ভাবে বদলাতে পারে। এতে acceleration বা course correction-এর সময় আরও precise handling সম্ভব হতে পারে।

পানিতে করা microscopic demonstration আর পূর্ণ-scale space application-এর মধ্যে এখনও বড় ফারাক আছে। Space vacuum conditions, extreme temperature swings, radiation, এবং দীর্ঘমেয়াদি stability-এর চাহিদা নিয়ে আসে। লেখাটি দাবি করছে না যে সেসব সমস্যা সমাধান হয়েছে। এটি শুধু বলছে, structured optical response-এর মাধ্যমে directional control-এর puzzle-এর এক অংশ এখন আরও concrete experimental basis পেয়েছে।

এর প্রভাব মহাকাশের বাইরেও যায়

গবেষকরা সম্ভাব্য biomedical applications-ও দেখছেন। New Scientist জানায়, এমন ডিভাইস drugs-কে নির্দিষ্ট স্থানে ঠেলে নিয়ে যেতে পারে। কিছু প্রসঙ্গে lasers ইতিমধ্যেই targeted manipulation-এর জন্য ব্যবহৃত হয়, কিন্তু direct heating sensitive molecules-এর ক্ষতি করতে পারে। মেটাজেট concept-এ, direct optical interaction payload-এর বদলে structured device-এর ওপর পড়বে, ফলে সেই সমস্যা কমতে পারে।

Advanced materials research-এ এই dual-use চরিত্র সাধারণ। মহাকাশযাত্রার উচ্চাকাঙ্ক্ষী প্রেক্ষাপটে তৈরি concept, চিকিৎসা বা microscale engineering-এও কাজে লাগতে পারে। দুই ক্ষেত্রেই core capability একই: carefully shaped light-matter interactions-কে controllable mechanical behavior-এ রূপান্তর করা।

দলটি এখন ডিভাইসটিকে বিভিন্ন wavelengths of light, বিশেষ করে sunlight-এর broad spectrum, দিয়ে কাজ করানোর চেষ্টা করছে। এই লক্ষ্যটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ একটি practical light sail সবসময় একটিমাত্র highly controlled laser environment-এর ওপর নির্ভর করতে পারে না। Sunlight-এর সঙ্গে compatibility future propulsion systems-এর সম্ভাব্য architectures বাড়াবে।

এটিকে immediate interstellar travel ভেবে নেওয়া ভুল হবে। কিন্তু বড় ধারণাগুলো যে enabling advance-এর ওপর দাঁড়ায়, এটি তারই একটি। Spaceflight revolutions control, materials, এবং energy transfer-এর ছোট, নির্দিষ্ট breakthroughs থেকে গড়ে ওঠে। মেটাজেট সেরকমই একটি building block হতে পারে: ক্ষুদ্র কাঠামো যা এমন এক ভবিষ্যতের দিকে ইঙ্গিত করে, যেখানে আলো দিয়ে ঠেলা sails শুধু দ্রুত নয়, steerable-ও হবে।

• গবেষকরা একটি ছোট metasurface device তৈরি করেছেন, যা laser light লাগলে levitate করতে পারে এবং horizontally চলতে পারে।
• এই ফলাফল ইঙ্গিত দেয় যে light-driven objects-কে শুধু ঠেলা নয়, নির্দেশনাও দেওয়া যেতে পারে।
• এই concept interstellar light sails এবং targeted biomedical applications উভয়ের জন্যই গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে।

এই নিবন্ধটি New Scientist-এর প্রতিবেদনের ভিত্তিতে লেখা। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.