மெட்டாசர்ஃபேஸ் ‘மெட்டாஜெட்கள்’ ஒளி படகுகளை வழிநடத்த புதிய வழியை வழங்குகின்றன

இருவழிப் பயணத்திற்கான propulsion யோசனை இப்போது steering concept-ஐ பெற்றுள்ளது

Light sails நீண்ட காலமாக விண்வெளியில் மிகத் தொலை தூரங்களை அடையும் மிக ஈர்க்கக்கூடிய கருத்துகளில் ஒன்றாக இருந்து வருகின்றன. கனமான propellant எடுத்துச்செல்லாமல், ஒரு sail-ஐ ஒளியே, குறிப்பாக சக்திவாய்ந்த lasers, தள்ள முடியும். இதன் கவர்ச்சி எளிமையானது: மிக நீண்ட பயணங்களுக்கு, onboard mass-ஐ குறைப்பது அர்த்தமுள்ள வேகத்தை அடைய சில நடைமுறை வழிகளில் ஒன்றாக இருக்கலாம்.

பிரச்சனை இயக்கம் மட்டும் அல்ல. அது கட்டுப்பாடும் கூட. தள்ளப்படக்கூடிய sail பயனுள்ளது; ஆனால் வழிநடத்தக்கூடிய sail அதைவிட மிக மதிப்புமிக்கது. New Scientist தெரிவித்ததன்படி, ஆராய்ச்சியாளர்கள் இப்போது அந்த இலக்கை நோக்கி ஒரு சிறிய ஆனால் குறிப்பிடத்தக்க படியை எடுத்திருக்கலாம்; tiny devices-ஐ உருவாக்கி, அவற்றை metajets என அழைக்கின்றனர், இவை ஒளியைப் பயன்படுத்தி நகர்வதோடு திசையையும் பாதிக்க முடியும்.

இந்த வேலை Texas A&M University-யைச் சேர்ந்த Kaushik Kudtarkar உள்ளிட்ட ஆராய்ச்சியாளர்களிடமிருந்து வந்துள்ளது. அவர்களின் மைய கருத்து, ஒளி reflection வழியாக momentum-ஐ மாற்றுவது மட்டுமல்ல என்பதாகும். ஒளியை மிகச் சரியாகக் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட முறைகளில் refract செய்யும் structured material ஒன்றை வடிவமைப்பதன் மூலம், அவர்கள் ஒரே நேரத்தில் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட திசைகளில் forces உருவாக்க முடிகிறது.

Metajet எப்படி செயல்படுகிறது

ரிப்போர்ட்டில் விவரிக்கப்பட்ட device ஒரு metasurface ஆகும், இது ஒளியை manipulate செய்ய வடிவமைக்கப்பட்ட மிக மெல்லிய material. இங்கு ஆராய்ச்சியாளர்கள் வழக்கமான framing-ஐ தலைகீழாக மாற்றினர். material ஒளியை எப்படி மாற்றுகிறது என்பதையே மட்டும் கவனிப்பதற்குப் பதிலாக, ஒளி material-இன் motion-ஐ எப்படி மாற்றுகிறது என்பதைக் கவனித்தனர்.

Metajet சிறிய pillars வரிசையால் texture செய்யப்பட்டிருக்கிறது. அந்த structures-இன் அளவும் pattern-உம், incoming light surface வழியாக அல்லது அதனுடன் தொடர்பு கொள்ளும் போது அது எப்படி steer செய்யப்படுகிறது என்பதை நிர்ணயிக்கிறது. இந்த செயல்முறையில் momentum பரிமாறப்படுவதால், light-இன் பாதையை மாற்றுவது material மீது செயல்படும் force-ஐயும் மாற்றுகிறது.

இதுவே steering-க்கு இந்தக் கருத்தை சுவாரசியமாக மாற்றுகிறது. surface geometry வெவ்வேறு directional responses-ஐ உருவாக்க முடிந்தால், light-driven object-ஐ வெறும் முன்னோக்கி வேகப்படுத்துவதற்கும் மேலாக வடிவமைக்க முடியும். conventional moving parts இல்லாமலேயே அது correction, orientation, அல்லது maneuvering செய்ய முடியும்.

இந்த device மிகச் சிறியது, report-இன் படி சுமார் 0.01 millimetres across. அந்த அளவில், இந்த experiment ஒரு starship sail prototype அல்ல. இது ஒரு proof of principle; engineered surfaces illumination-ஐ controlled motion-ஆக மாற்ற முடியும் என்பதை அது காட்டுகிறது.

குழு என்ன காட்டியது

இந்த யோசனையைச் சோதிக்க, ஆராய்ச்சியாளர்கள் silicon device-ஐ நீரில் வைத்து, அதன் மீது laser ஒளியைப் பாய்ச்சி, microscope கீழ் அதன் movement-ஐ கண்காணித்தனர். முடிவு ஒரே நேரத்தில் இரண்டு விதமான இயக்கங்கள்: metajet levitate செய்ததும் horizontal-ஆகவும் நகர்ந்ததும். New Scientist-ன் அறிக்கையின்படி maximum speed சுமார் 0.07 millimetres per second ஆக இருந்தது.

இந்த எண்கள் modest ஆக இருக்கலாம், ஆனால் அவை உண்மையான கதை அல்ல. முக்கியத்துவம் surface design மூலம் உருவான lift மற்றும் lateral movement இணைபாடில் உள்ளது. வேறு வார்த்தைகளில், material-இன் optical properties-இலிருந்து controllable நடத்தை வெளிப்பட முடியும் என்பதை இந்த experiment காட்டுகிறது.

Kudtarkar New Scientist-க்கு கூறியதாவது, device-க்கு ஏற்படும் forces இப்போது புரிந்துள்ளதால், ஆராய்ச்சியாளர்கள் metasurface design-ஐ மாற்றி அதை விரும்பும் எந்தத் திசையிலும் steer செய்ய முடியும். இது raw speed figure-ஐவிட முக்கியமான engineering statement. இது ஒருமுறை நடந்த effect அல்ல; ஒரு design space-ஐக் குறிக்கிறது.

Light-sail ஆதரவாளர்கள் ஏன் கவனம் செலுத்த வேண்டும்

Light sails-க்கு steering என்பது மையச் சவாலாகும். ஒரு craft-ஐ பெரும் தூரங்களுக்கு அனுப்ப thrust-ஐவிட அதிகம் தேவை. சிறிய orientation பிழைகள் கூட காலப்போக்கில் பெரும் navigational deviations-ஆக மாறலாம். குறிப்பாக bulky control hardware சேர்க்காமல், light pressure-க்கு sail predictable-ஆக பதிலளிக்கச் செய்யும் எந்த முறையும் முக்கியமானதாக மாறலாம்.

ரிப்போர்ட் குறிப்பதாவது, காலப்போக்கில் shape-ஐ மாற்றக்கூடிய metasurfaces ஏற்கனவே உள்ளன. அந்த திறனை light-driven steering-உடன் இணைத்தால், future sails illumination-க்கு தங்களின் பதிலை செயலில் மாற்றிக்கொள்ள முடியும். இது acceleration அல்லது course correction நேரத்தில் இன்னும் precise handling-க்கு வழிவகுக்கலாம்.

நீரில் செய்யப்பட்ட microscopic demonstration-க்கும் முழு அளவிலான விண்வெளி பயன்பாட்டுக்கும் இடையே இன்னும் பெரிய இடைவெளி உள்ளது. Space vacuum conditions, extreme temperature swings, radiation, மற்றும் நீண்டகால stability தேவையை கொண்டு வருகிறது. அந்த பிரச்சனைகள் தீர்ந்துவிட்டன என்று கட்டுரை கூறவில்லை. அது கூறுவது என்னவென்றால், structured optical response மூலம் directional control என்ற புதிரின் ஒரு பகுதி இப்போது மேலும் திடமான experimental basis-ஐ பெற்றுள்ளது என்பதே.

இந்த தாக்கம் விண்வெளிக்குப் புறம்பும் நீள்கிறது

ஆராய்ச்சியாளர்கள் சில biomedical applications-ஐயும் பார்க்கிறார்கள். New Scientist-ன் அறிக்கையின்படி, இப்படிப்பட்ட devices மருந்துகளை குறிப்பிட்ட இடங்களுக்கு தள்ள உதவக்கூடும். சில சூழல்களில் lasers ஏற்கனவே targeted manipulation-க்கு பயன்படுத்தப்படுகின்றன; ஆனால் நேரடியான heating sensitive molecules-ஐ சேதப்படுத்தலாம். Metajet concept-இல், direct optical interaction payload-இற்கு அல்லாமல் structured device-இல் நிகழ்வதால், அந்த பிரச்சனை குறையலாம்.

Advanced materials research-இல் இத்தகைய dual-use தன்மை பொதுவானது. பெரிய விண்வெளிப் பயண இலக்குகளின் சூழலில் உருவான ஒரு concept, மருத்துவம் அல்லது microscale engineering-இலும் பயனுள்ளதாக மாறலாம். இரு வழியிலும் core capability ஒன்றே: carefully shaped light-matter interactions-ஐ controllable mechanical behavior-ஆக மாற்றுவது.

தற்போது குழு, device-ஐ வெவ்வேறு wavelengths of light-களுடன், குறிப்பாக sunlight-இன் broad spectrum உடன், வேலை செய்ய வைப்பதற்காக முயற்சிக்கிறது. இந்த இலக்கு முக்கியமானது, ஏனெனில் ஒரு practical light sail எப்போதும் ஒரே highly controlled laser environment-ஐ நம்பி இருக்க முடியாது. Sunlight compatibility, future propulsion systems-க்கான சாத்தியமான architectures-ஐ விரிவாக்கும்.

இதைக் உடனடி interstellar travel என்று யாரும் குழப்பக் கூடாது. ஆனால் பெரிய யோசனைகள் சார்ந்திருக்கும் enabling advance-களில் இது ஒன்றாகும். Spaceflight revolutions control, materials, மற்றும் energy transfer ஆகியவற்றில் வரும் சிறிய, குறிப்பிட்ட breakthroughs-களால் உருவாகின்றன. Metajets அத்தகைய building blocks-இல் ஒன்றாக இருக்கலாம்: ஒளியால் தள்ளப்படும் sails வெறும் வேகமானவை மட்டுமல்ல, steerable-ஆகவும் இருக்கும் ஒரு எதிர்காலத்தை நோக்கிச் சுட்டும் சிறிய அமைப்புகள்.

• ஆராய்ச்சியாளர்கள் சிறிய metasurface device ஒன்றை உருவாக்கினர்; laser light தாக்கும்போது அது levitate செய்யவும் horizontally நகரவும் முடிகிறது.
• இந்த முடிவு light-driven objects-ஐ வெறும் தள்ளுவதற்குமட்டுமல்ல, வழிநடத்தவும் முடியும் என்பதைக் காட்டுகிறது.
• இந்த concept interstellar light sails மற்றும் targeted biomedical applications ஆகிய இரண்டுக்கும் முக்கியமாக இருக்கலாம்.

இந்த கட்டுரை New Scientist-ன் செய்திப்பதிவை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.