استخدم فريق هندسي في Texas A&M أشعة ليزر لتحريك أجهزة دقيقة جدًا تُدعى ميتاجيتس، ونشرت النتائج في Newton. قاد البحث شو فنغ لان من مختبر الفوتونيات النانوية المتقدمة (Lab for Advanced Nanophotonics). تُنتج هذه الأجهزة حركة مسيطرة عند إضاءتها لأن سطحها «ميتا» — طبقة رقيقة من الأنماط النانوية — يعيد توجيه الضوء وينقل العزم إلى الجسم.
بفضل التصميم الدقيق لشكل واتجاه وموضع الأنماط تمكن الباحثون من تحويل تَبادل عزم الضوء إلى قوة قابلة للقياس، ما أتاح مناورة في الثلاثة محاور. يُشبّه لان التأثير بارتداد كُرات تنس الطاولة: انعكاس الضوء يغيّر العزم ويدفع الجسم. يختلف النهج عن طرق تشكيل حزمة الضوء، لأن التحكم هنا مضمّن داخل المادة نفسها، ما يمنح مرونة أكبر في توليد القوة.
تعتمد القوة بشكل أساسي على قدرة الضوء وليس على حجم الجهاز، ولذلك قد تنطبق المبادئ نفسها خارج الأنظمة المجهرية إذا توفرت قدرة ضوئية كافية. صُنعت الأجهزة بأحجام ميكرونية — لا تتجاوز عشرات الميكرونات، أي أصغر من عرض شعرة الإنسان — في منشأة AggieFab بدقة نانوية، بدعم من TEES والجامعة.
- اختُبرت الأجهزة في بيئة سائلة لتعويض الجاذبية وملاحظة الحركة.
- يسعى الفريق لتمويل اختبارات في حالة انعدام الجاذبية لدراسة الدفع الضوئي دون قيود الجاذبية.
- تتوافر أعمال مشابهة في مجموعات في أوروبا وعلى مستوى الولايات المتحدة في معاهد مثل Caltech وRIT.
تشير النتائج إلى إمكانية توسيع استخدام الضوء لتحريك أجسام من المجهرية إلى المركبات الفضائية بدون اتصال مادي أو وقود تقليدي، وقد تُمكن يومًا ما السفر إلى Alpha Centauri خلال نحو 20 سنة، مقارنةً بمئات الآلاف من السنين عبر الصواريخ الحالية.
كلمات صعبة
- عزم — قوة أو كمية حركة تسبب دوران جسمالعزم
- تبادل — نقل أو تغيير بين طرفين أو عناصرتَبادل
- توجيه — تغيير اتجاه موجة أو شعاع مثل الضوء
- نانوية — تتعلق بالأبعاد على مقياس النانوالنانوية
- انعدام — غياب أو فقدان وجود شيء أو قوة
- مجهري — ذو حجم صغير جدًا ولا يُرى بالعين المجردةالمجهرية
تلميح: مرّر المؤشر أو ركّز أو اضغط على الكلمات المظلَّلة داخل القصة لرؤية تعريفات سريعة أثناء القراءة أو الاستماع.
أسئلة للمناقشة
- ما الفوائد والمخاطر المحتملة لاستخدام الدفع الضوئي بدل الوقود التقليدي في المركبات الفضائية؟ اذكر سببين على الأقل.
- كيف يمكن لتضمين التحكم داخل مادة الجهاز أن يؤثر على تصميم الأجهزة الدقيقة في تطبيقات أخرى؟ أعط مثالًا واحدًا.
- ما التحديات العملية التي تتوقع وجودها عند محاولة تطبيق هذه الفكرة على أجسام أكبر من الميكرونات؟
