Lightsail rivoluzionaria: ultrasottile, ottimizzata per l'intelligenza artificiale per la corsa verso Alpha Centauri

 Lightsail rivoluzionaria: ultrasottile, ottimizzata per l'intelligenza artificiale e pronta per la corsa verso Alpha Centauri

(Un processo per progettare membrane ultrasottili con miliardi di fori in scala nanometrica potrebbe un giorno aiutare piccole astronavi a raggiungere le stelle. Crediti: Norte lab, TU Delft/Bessa lab, Brown University) Una nuova collaborazione tra la Brown University e la TU Delft ci ha portato più vicini al viaggio interstellare utilizzando vele a propulsione luminosa.Combinando materiali ultrasottili e altamente riflettenti con un design su scala nanometrica ottimizzato dall'intelligenza artificiale , i ricercatori hanno creato una vela luminosa rivoluzionaria, più economica, più veloce da realizzare e potenzialmente adattabile a missioni come Starshot, che mirano a raggiungere le stelle vicine in pochi decenni anziché in millenni.Il lungo viaggio verso le stelle

(Un processo per progettare membrane ultrasottili con miliardi di fori in scala nanometrica potrebbe un giorno aiutare piccole astronavi a raggiungere le stelle. Crediti: Norte lab, TU Delft e Bessa lab, Brown University) Dal suo lancio nel 1977, la sonda spaziale Voyager 1 della NASA ha percorso più di 15 miliardi di miglia nello spazio profondo. È una distanza incredibile, ma è comunque meno dell'1% della strada per Alpha Centauri, la stella più vicina al nostro sole. Per raggiungere altre stelle nell'arco di una vita umana, la sonda spaziale dovrà viaggiare molto più velocemente di qualsiasi cosa abbiamo costruito finora. Una soluzione promettente è una "vela luminosa", un sottile foglio riflettente che usa la pressione della luce per spingersi, in modo simile a come il vento spinge una barca a vela. Rispetto ai sistemi di propulsione convenzionali, le vele luminose potrebbero ridurre drasticamente il tempo di viaggio verso le stelle vicine, riducendolo potenzialmente da migliaia di anni a solo pochi decenni.Una svolta nell'ingegneria delle vele luminose

Ora, i ricercatori della Brown University e della Delft University of Technology (TU Delft) nei Paesi Bassi hanno sviluppato un nuovo metodo per progettare e costruire membrane ultrasottili e altamente riflettenti per vele luminose. In uno studio pubblicato su Nature Communications , il team descrive un prototipo che misura 60 millimetri (circa 2,4 pollici) di larghezza ma è spesso solo 200 nanometri, migliaia di volte più sottile di un capello umano. La sua superficie è ricoperta da miliardi di piccoli fori su scala nanometrica, che riducono il peso e aumentano la riflettività, rendendolo più efficiente per l'accelerazione guidata dalla luce.

"Questo lavoro è stato uno sforzo congiunto tra i teorici della Brown University e gli sperimentatori della TU Delft, rendendo possibile la progettazione, la fabbricazione e il collaudo di una vela luminosa altamente riflettente con il più grande aspect ratio mai registrato fino ad oggi", ha affermato Miguel Bessa, professore associato alla Brown's School of Engineering, che ha co-diretto la ricerca con Richard Norte, professore associato alla TU Delft. "La svolta......

 

sperimentale del team di Richard dimostra che il loro processo di fabbricazione è scalabile alle dimensioni necessarie per i viaggi interstellari e può essere eseguito in modo economicamente conveniente. Allo stesso tempo, il mio team è molto entusiasta di vedere il ruolo essenziale del nostro ultimo metodo di ottimizzazione guidato dall'apprendimento automatico nella risoluzione di un problema ingegneristico così interessante e difficile".Verso il sogno di Starshot

La ricerca è un passo significativo verso la realizzazione di obiettivi come quelli della Starshot Breakthrough Initiative , fondata dall'imprenditore Yuri Milner e dal defunto fisico Stephen Hawking. L'obiettivo è di utilizzare laser terrestri per alimentare centinaia di vele luminose in scala metrica che trasportano veicoli spaziali delle dimensioni di un microchip. Questo nuovo design di vela luminosa potrebbe essere portato su scala metrica abbastanza facilmente, affermano i ricercatori, e con un prezzo gestibile.

Per il loro design, il team ha utilizzato nitruro di silicio monostrato, un materiale leggero e ad alta resistenza che si adatta bene alla progettazione di vele luminose. I ricercatori hanno quindi lavorato per massimizzare la sua riflettività riducendone al minimo il peso. La riflettività della superficie determina quanta pressione luminosa viene creata dietro la vela, che a sua volta determina la velocità con cui può accelerare. Allo stesso tempo, un materiale più leggero richiede meno forza per accelerare, quindi meno massa equivale a più velocità.

Ottimizzazione basata sull'intelligenza artificiale per i viaggi alla velocità della luce. Il processo di ottimizzazione ha comportato la progettazione di un pattern di fori in nanoscala, miliardi di essi sulla superficie del materiale con diametri inferiori alla lunghezza d'onda della luce. Il team di Bessa, tra cui lo studente di dottorato della Brown Shunyu Yin, ha utilizzato un nuovo metodo di intelligenza artificiale da loro sviluppato per ottimizzare la forma e il posizionamento dei fori per una maggiore riflettività e una riduzione del peso.Una volta ottenuto un progetto ottimizzato, un team guidato da Norte della TU Delft si è messo al lavoro per realizzarlo in laboratorio.

"Abbiamo sviluppato una nuova incisione a base di gas che ci consente di rimuovere delicatamente il materiale sotto le vele, lasciando solo la vela", ha affermato Norte. "Se le vele si rompono, è molto probabile che ciò accada durante la produzione. Una volta sospese, le vele sono in realtà piuttosto robuste. Queste tecniche sono state sviluppate in modo esclusivo presso la TU Delft".

Piccole vele, passi da gigante per l'ingegneria. Realizzare questo progetto con metodi tradizionali sarebbe stato costoso e avrebbe richiesto fino a 15 anni, affermano i ricercatori. Ma utilizzando le tecniche di Norte, la fabbricazione ha richiesto circa un giorno ed è migliaia di volte meno costosa. Il risultato è una membrana che i ricercatori ritengono abbia il più alto aspect ratio (lunghezza in scala centimetrica ma con spessore in scala nanometrica) di qualsiasi progetto di vela solare fino ad oggi. I ricercatori sperano che i loro metodi non solo aiutino gli esseri umani a raggiungere le stelle, ma spingano anche i limiti dell'ingegneria in scala nanometrica.

Oltre le stelle: il futuro della nanotecnologia. "Le nuove tecniche di apprendimento automatico e ottimizzazione che abbiamo utilizzato qui sono molto generiche", ha affermato Bessa. "Potremmo usarle per creare un sacco di cose diverse per scopi diversi. Questo è solo l'inizio. Potremmo essere sul punto di risolvere problemi di ingegneria rimasti irrisolvibili fino a ora".La ricerca è stata finanziata dall'Unione Europea (ERC, EARS, 101042855) e da una sovvenzione del Limitless Space Institute I 2 . Link